Biomimética de las paredes celulares vegetales para el desarrollo de materiales bioactivos avanzados

Alumna investigadora: Diana Carolina Arango González

Departamento o Instituto Universitario: Grupo de investigación InnograinLab de la Universidad de Valladolid.

Tareas realizadas:

El trabajo fin de grado se enmarcó en el proyecto de Waste to Pack, con título “Biomimética de las paredes celulares vegetales para el desarrollo de materiales bioactivos avanzados” y para abordar el trabajo se llevaron a cabo las siguientes actividades:

  1. Desarrollo de los análogos de pared celular vegetal (aPCV): Esta tarea fue realizada en el ISP y se realizó la producción de hidrogeles de celulosa bacteriana (BC) e incorporación de xiloglucano (X) y pectina (P) mediante diferentes formulaciones.
  2. Caracterización de la composición: Esta tarea fue realizada en el ISP y se determinó la composición de los aPCV mediante análisis cromatográfico y cuantificación de sus principales componentes.
  3. Caracterización microestructural: Esta tarea fue realizada en el ISP y se realizó el análisis de la microestructura de los materiales mediante microscopía electrónica de barrido (SEM).
  4. Caracterización mecánica y viscoelástica: Esta tarea fue realizada en la ETS de ingenierías agrarias de Palencia y se evaluó el comportamiento mecánico y viscoelástico de los aPCV mediante ensayos reológicos.
  5. Análisis e interpretación de resultados: Se realizó el tratamiento estadístico y análisis de los resultados obtenidos en las diferentes etapas de caracterización. Se estudió la relación entre la composición, la microestructura y las propiedades mecánicas de los aPCV, permitiendo establecer el efecto de la incorporación de xiloglucano y pectina sobre las características de los materiales desarrollados.

Objetivos alcanzados:

Principal
Dilucidar cómo la incorporación de polisacáridos estructurales, concretamente xiloglucano y pectina, en la red de celulosa bacteriana, afecta en la estructura y las propiedades mecánicas de análogos de pared celular vegetal.
Específicos

  1. Cuantificar la incorporación de xiloglucano y pectina y ver su efecto individual o combinado sobre la microestructura de los análogos de pared celular vegetal.
  2. Caracterizar el comportamiento biomecánico de los hidrogeles bajo condiciones de pequeña deformación y bajo ciclos de compresión – relajación

Sectores de aplicación:

Biomateriales, alimentación, envases sostenibles y economía circular, con especial interés en la valorización de subproductos agroalimentarios y el desarrollo de materiales de base biológica.

Metodología utilizada:

  • Obtención de los aPCV: Cultivo de Komagataeibacter xylinus en condiciones controladas, con incorporación in situ de xiloglucano y/o pectina durante la formación de la celulosa bacteriana.
  • Composición monomérica: Hidrólisis de las muestras y análisis mediante cromatografía de intercambio aniónico con detección amperométrica pulsada (HPAEC-PAD).
  • Propiedades fisicoquímicas: Acondicionamiento y caracterización de las muestras para determinar sus propiedades y composición.
  • Microscopía electrónica de barrido: Liofilización de los hidrogeles y observación de su estructura mediante SEM.
  • Propiedades mecánicas y viscoelásticas: Ensayos de reología oscilatoria (SAOS) llevados a cabo en un reómetro Discovery HR-20 para evaluar la respuesta de los hidrogeles frente a deformaciones controladas.
  • Análisis estadístico: Las diferencias estadísticas se estudiaron utilizando el software OriginPro, Version 2024 (OriginLab Corporation, Northampton, MA, USA) aplicando un análisis de varianza (ANOVA) de un factor seguido de la prueba de comparaciones múltiples de Tukey (p <0,05).

Opinión sobre la experiencia investigadora desarrollada:

La experiencia en InnograinLab fue muy positiva y me permitió conocer de cerca cómo es trabajar en investigación. Pude poner en práctica muchos de los conocimientos adquiridos durante el Máster, aprender nuevas técnicas y enfrentarme a situaciones que me ayudaron a mejorar tanto en el laboratorio como en el análisis de resultados. También fue una oportunidad para ganar más autonomía y confianza en el trabajo experimental y para conocer mejor el mundo de la investigación.